(57)【要約】【課題】  少ないチャンネル構成で、所定複数方向の送信ビームおよび受信ビームを形成し、簡素な構造で小型化の超音波送受波器を構成する。【解決手段】  平面振動子アレイ２にはそれぞれ異なる９つのチャンネルに接続された振動子１００ａ〜１００ｃ，１００ｅ〜１００ｊが一辺の長さ（２／３1/2）ｄの正三角形格子状に配置されている。これら９つのチャンネルは、それぞれ第１〜第３チャンネル振動子１００ａ〜１００ｃ、第４〜第６チャンネル振動子１００ｅ〜１００ｇ、第７チャンネル振動子１００ｈ〜１００ｊからなる３つのグループに設定されている。送信時には、これら３つのグループにそれぞれ２π／３ｒａｄ．の位相差の送信駆動信号を印加して送信ビームを形成し、受信時には、チャンネル毎の受信信号にそれぞれ所望の位相制御を行うことで受信ビームを形成する。【選択図】  図２
2006017629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに複数の振動子を配列した９チャンネルの振動子アレイからなり、全ての振動子が正三角形格子状に配列形成されている平面振動子アレイと、
該平面振動子アレイの各チャンネルの振動子に０ｒａｄ．、２π／３ｒａｄ．、４π／３ｒａｄ．の位相関係を有する送信用駆動信号を与えることで、前記平面振動子アレイの振動子配列面に垂直な方向の送信ビーム、または、該垂直な方向の送信ビームに対して放射状に前記振動子配列面に投射した角がπ／３となる６方向の送信ビーム、または、前記垂直な方向の送信ビームに対して放射状に前記振動子配列面に投影した角が２π／３となる３方向の送信ビームとを形成する送信ビーム形成手段とを備えたことを特徴とする超音波送波器。
【請求項２】
前記振動子アレイは、隣り合う振動子の中心間距離が長さ（２／３1/2）ｄであり、
第１チャンネルの振動子、第２チャンネルの振動子、および第３チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第１グループと、第４チャンネルの振動子、第５チャンネルの振動子、および第６チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第２グループと、第７チャンネルの振動子、第８チャンネルの振動子、および第９チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第３グループとが構成され、
前記第１チャンネルの振動子に対する前記第２、第３チャンネルの振動子の位置・方位と、前記第４チャンネルの振動子に対する前記第５、第６チャンネルの振動子の位置・方位と、前記第７チャンネルの振動子に対する前記第８、第９チャンネルの振動子の位置・方位とが一致する関係にあり、
前記第１グループ、第２グループ、および第３グループを各グループの中心間距離を長さ２ｄとした正三角形状で構成するパターンで繰り返してなる平面振動子アレイと、
該平面振動子アレイの振動子に、グループ毎に位相が２π／３ｒａｄ．ずつ異なる送信用駆動信号を与える、または全てのグループに同じ位相の送信用駆動信号を与える送信ビーム形成手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波送波器。
【請求項３】
前記振動子アレイは、隣り合う振動子の中心間距離が長さ（２／３1/2）ｄであり、
第１チャンネルの振動子、第２チャンネルの振動子、および第３チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第１グループと、第４チャンネルの振動子、第５チャンネルの振動子、および第６チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第２グループと、第７チャンネルの振動子、第８チャンネルの振動子、および第９チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第３グループとが構成され、
前記第１チャンネルの振動子に対する前記第２、第３チャンネルの振動子の位置・方位と、前記第４チャンネルの振動子に対する前記第５、第６チャンネルの振動子の位置・方位と、前記第７チャンネルの振動子に対する前記第８、第９チャンネルの振動子の位置・方位とが一致する関係にあり、
前記第１グループ、第２グループ、および第３グループを各グループの中心間距離を長さ２ｄとした正三角形状で構成するパターンで繰り返してなる平面振動子アレイと、
第１チャンネルの振動子、第４チャンネルの振動子、第７チャンネルの振動子に同相の送信用駆動信号を与え、
第２チャンネルの振動子、第５チャンネルの振動子、第８チャンネルの振動子のそれぞれに、この順で２π／３ｒａｄ．ずつ位相が進む送信用駆動信号を与え、
第３チャンネルの振動子、第９チャンネルの振動子、第６チャンネルの振動子のそれぞれに、この順で２π／３ｒａｄ．ずつ位相が進む送信用駆動信号を与える送信ビーム形成手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波送波器。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の超音波送波器を備え、
前記平面振動子アレイの第１の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、前記第１の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、前記第１の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第１の位相制御と、
前記第１の特定方向に対して所定回転方向に２π／３ｒａｄ．の角度を為す第２の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、前記第２の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、前記第２の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第２の位相制御と、
前記第１の特定方向と前記第２の特定方向とのそれぞれに対して２π／３ｒａｄ．の角度を為す第３の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、前記第３の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、前記第３の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第３の位相制御と、を同時に行う受信ビーム形成手段を備えたことを特徴とする超音波送受波器。
【請求項５】
請求項１〜３に記載の超音波送波器を備え、
前記平面振動子アレイの第１の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、前記第１の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、前記第１の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第１の位相制御、および、前記第１の特定方向と逆方向の第４の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第４の位相制御と、
前記第１の特定方向に対して所定回転方向に２π／３ｒａｄ．の角度を為す第２の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、前記第２の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、前記第２の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第２の位相制御、および、前記第２の特定方向と逆方向の第５の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第５の位相制御と、
前記第１の特定方向と前記第２の特定方向とのそれぞれに対して２π／３ｒａｄ．の角度を為す第３の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、前記第３の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、前記第３の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第３の位相制御、および、前記第３の特定方向と逆方向の第６の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第６の位相制御と、を同時に行う受信ビーム形成手段を備えたことを特徴とする超音波送受波器。
【請求項６】
前記受信ビーム形成手段は、全てのチャンネルの受信信号を同位相にする同位相制御を備え、該同位相制御も同時に行う請求項４または請求項５に記載の超音波送受波器。
【請求項７】
前記受信ビーム形成手段は、前記第１の位相制御、前記第２の位相制御、および前記第３の位相制御を同時に行う第１受信制御と、前記第４の位相制御、前記第５の位相制御、および前記第６の位相制御とを同時に行う第２受信制御とを備え、少なくとも前記第１受信制御、第２受信制御のいずれかを実行する請求項５または請求項６に記載の超音波送受波器。
【請求項８】
請求項４〜請求項７のいずれかに記載の超音波送受波器を備え、
前記送信駆動信号を制御するとともに、前記受信信号からなる受信ビームに基づき探知データを生成する探知データ生成手段と、を備えた探知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定探知領域内の所定方向に指向性を有する超音波信号の送信ビームを形成して探知領域内に送信し、探知領域内の物標からの反射信号を受信して受信ビームを形成する超音波送受波器、およびこの超音波送受波器を備え、探知領域内の物標の探知を行う探知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、潮流計、ドップラーソナー、および多方向魚群探知機では、自船に対して複数方向を探知するため、複数方向にペンシルビームを形成する超音波送受波器を用いている。  このような従来の超音波送受波器としては、観測方位の数に対応した複数の平板振動子を探知しようとする観測方位に傾斜させて配列した超音波送受波器や、複数の振動子を円筒形状や球形状に配列形成したフェーズドアレイ型超音波送受波器等が考案されている。しかしながら、平板振動子を用いた超音波送受波器では、送受波器自体が大きくなるとともに、ビーム方向を可変することができない。また、フェーズドアレイ型超音波送受波器では、送受波器自体は小さくなるが振動子毎に送受波回路を必要とするため、送受信回路が複雑になるとともに回路規模が大きく、コストが高くなってしまう。
【０００３】
これらの問題を解決するため、振動子を特定直線方向に配列形成し、これら振動子を駆動する信号を制御することで、所定方位にビームを形成する送受波器が考案されているが、振動子の配列方向を含む垂直面の方向にしかビームを形成することができない。このため、振動子を２次元に配列形成して、これら振動子の駆動信号を制御することで複数方位にビームを形成する超音波送受波器が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１４７０９５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された超音波送受波器では、水平方向に角度π／３ずつずれた６方向、例えば、船首方向、右舷前方、右舷後方、船尾方向、左舷後方、左舷前方の探知を行うのに、送信時に２チャンネル、受信時に１２チャンネルが必要となる。すなわち、少なくとも１４チャンネル分の配線パターンが必要となる。このため、送受信回路基板のパターンが複雑になり、平板状アレイ自体は小さくても送受信回路の回路規模が大きくなってしまい、装置を小型化する場合に問題となる。また、１２チャンネル分の信号を処理して６方向を探知するため、信号処理が複雑になってしまう。
【０００５】
この発明の目的は、さらに少ないチャンネル構成で、所定複数方向の送信ビームおよび受信ビームを形成し、簡素な構造で小型化の超音波送受波器を構成すること、およびこの超音波送受波器を用いて小型の探知装置を構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の超音波送波器は、それぞれに複数の振動子を配列した９チャンネルの振動子アレイからなり、全ての振動子が正三角形格子状に配列形成されている平面振動子アレイと、該平面振動子アレイの各チャンネルの振動子に０ｒａｄ．、２π／３ｒａｄ．、４π／３ｒａｄ．の位相関係を有する送信用駆動信号を与えることで、平面振動子アレイの振動子配列面に垂直な方向の送信ビーム、または、該垂直な方向の送信ビームに対して放射状に振動子配列面へ投射した角がπ／３となる６方向の送信ビーム、または、垂直な方向の送信ビームに対して放射状に振動子配列面へ投影した角が２π／３となる３方向の送信ビームとを形成する送信ビーム形成手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
この構成では、各チャンネルの振動子に前記位相制御を行うことで、所定の複数方向に複数の等位相面が形成されて、送信ビームが形成される。この際、互いにπ／３の角を成す６方向と、振動子面に対して垂直な１方向との７方向に等位相面を形成する送信用駆動信号を与えることで同時に７方向の送信ビームが形成される。また、前記振動子配列面に平行な面を等位相面とする送信用駆動信号と、前記６方向の内の互いの成す角が２π／３となる３方向に垂直な方向を等位相面とする送信用駆動信号と、前記６方向の内の前記３方向とは異なる互いに成す角が２π／３となる３方向に垂直な方向を等位相面とする送信用駆動信号とで、順次各チャンネルの振動子に位相制御を行うことで、異なる２つの３方向の送信ビームと、振動子面に対して垂直な１方向の送信ビームとが、個別に形成される。この際、同時に送信するビーム数が減少することで、送信信号強度が強くなる。
【０００８】
また、この発明の超音波送波器は、具体的に、振動子アレイで、第１チャンネルの振動子、第２チャンネルの振動子、および第３チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第１グループと、第４チャンネルの振動子、第５チャンネルの振動子、および第６チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第２グループと、第７チャンネルの振動子、第８チャンネルの振動子、および第９チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第３グループとが構成され、第１チャンネルの振動子に対する第２、第３チャンネルの振動子の位置・方位と、第４チャンネルの振動子に対する第５、第６チャンネルの振動子の位置・方位と、第７チャンネルの振動子に対する第８、第９チャンネルの振動子の位置・方位とが一致する関係にあり、第１グループ、第２グループ、および第３グループを各グループの中心間距離を長さ２ｄとした正三角形状で構成するパターンで繰り返してなる平面振動子アレイと、該平面振動子アレイの振動子に、グループ毎に位相が２π／３ｒａｄ．ずつ異なる送信用駆動信号を与え、または全てのグループに同じ位相の送信用駆動信号を与える送信ビーム形成手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
この構成では、特定方向に垂直な方向に並ぶ第１チャンネルの振動子群の中心と、第２グループの中心と、第３グループの前記特定方向に平行な方向の間隔は振動子の中心間距離（２／３1/2）ｄに対して間隔ｄとなる。この特定方向に平行な間隔ｄで配置されたグループに対して、グループ毎に２π／３ｒａｄ．の位相差を有する送信用駆動信号を印加する。
図２４は、特定方向に配列された振動子に印加される駆動信号の位相と送信ビームとの関係を示した図であり、（ａ）は左端の振動子１０１から右端の振動子１０４に亘り順に位相を２π／３ｒａｄ．ずつずらした場合を示し、（ｂ）は左端の振動子１０１から右端の振動子１０４に亘り順に位相を−２π／３ｒａｄ．ずつずらした場合、右端の振動子１０４から左端の振動子１０１に亘り順に位相を２π／３ｒａｄ．ずつずらした場合について示す。
【００１０】
図２４に示すように、振動子を特定方向（配列方向）に対して間隔ｄで配置した場合、各振動子から発生する超音波の等位相面の間隔Ｄは、振動子の配列方向と等位相面との為す角をθとすると、
Ｄ＝ｄ・ｓｉｎθ  となる。
また、配列方向に隣接する振動子に２π／３ｒａｄ．の位相差が設けられた場合、等位相面の間隔Ｄは、超音波信号の波長をλとすると、
Ｄ＝λ／３  となる。
よって、  ｄ・ｓｉｎθ＝λ／３    式（１）
の関係が成り立つ。
【００１１】
このため、所望の方向に送信ビームを形成させるには、前記成り立つように、超音波信号の周波数（波長）と振動子の間隔ｄとを設定すればよい。
すなわち、所望周波数の送信駆動信号を前記の位相関係となるように各振動子に印加することで、特定方向に平行で水平面に対して角度θの方向を進行方向とする送信ビームを形成することができる。そして、位相を進ませる方向を変えることで、送信ビームの特定方向に対する進行方向をπｒａｄ．（１８０°）変える、すなわち逆方向に変えることができる。
【００１２】
ここで、前述の構成では、図５に示すように、第１グループの振動子と、第２グループの振動子と、第３グループの振動子とが、それぞれの為す角を２π／３ｒａｄ．とする３方向において、前述の関係、すなわち、その特定方向に沿って間隔ｄで配置された関係にあるので、これらの方向に平行な方向で、鉛直下方向に対して所定角を有する方向を進行方向とする送信ビームが形成される。そして、図６（ａ）、図７（ａ）に示すように、位相制御の方向（位相の進行する方向）を逆転させることで、それぞれに、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すような２π／３ｒａｄ．の角度を為す３方向の送信ビームが形成され、合わせて６方向の送信ビームが形成される。さらに、全てのチャンネルの振動子に同位相の送信用駆動信号を印加することで、等位相面は鉛直方向（水平方向に垂直な方向）となりこの方向を進行方向とする送信ビームが形成される。すなわち、前述のそれぞれ３チャンネルからなる３つのグループで９チャンネルの構成により時分割で７方向の送信ビームが略同時に形成される。
【００１３】
また、この発明の超音波送波器は、具体的に、振動子アレイで、隣り合う振動子の中心間距離が長さ（２／３1/2）ｄであり、第１チャンネルの振動子、第２チャンネルの振動子、および第３チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第１グループと、第４チャンネルの振動子、第５チャンネルの振動子および第６チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第２グループと、第７チャンネルの振動子、第８チャンネルの振動子、および第９チャンネルの振動子を各振動子の中心間距離を長さ（２／３1/2）ｄとした正三角形状に隣接させてなる第３グループとが構成され、第１チャンネルの振動子に対する第２、第３チャンネルの振動子の位置・方位と、第４チャンネルの振動子に対する第５、第６チャンネルの振動子の位置・方位と、第７チャンネルの振動子に対する第８、第９チャンネルの振動子の位置・方位とが一致する関係にあり、第１グループ、第２グループ、および第３グループを各グループの中心間距離を長さ２ｄとした正三角形状で構成するパターンで繰り返してなる平面振動子アレイと、第１チャンネルの振動子、第４チャンネルの振動子、第７チャンネルの振動子に同相の送信用駆動信号を与え、第２チャンネルの振動子、第５チャンネルの振動子、第８チャンネルの振動子のそれぞれに、この順で２π／３ｒａｄ．ずつ位相が進む送信用駆動信号を与え、第３チャンネルの振動子、第９チャンネルの振動子、第６チャンネルの振動子のそれぞれに、この順で２π／３ｒａｄ．ずつ位相が進む送信用駆動信号を与える送信ビーム形成手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】
この構成では、第１チャンネルの振動子、第４チャンネルの振動子、および第７チャンネルの振動子が、それぞれの為す角が２π／３ｒａｄ．の３方向に対して間隔２ｄで配置され、同位相の送信用駆動信号が印加されるので、これらのチャンネルの振動子から形成される送信ビームは水平方向に垂直な方向に向く。また、第２チャンネルの振動子、第５チャンネルの振動子、および第８チャンネルの振動子が水平面のそれぞれの為す角が２π／３ｒａｄ．の３方向に対して間隔２ｄで配置され、位相差２π／３ｒａｄ．ずつの送信用駆動信号が印加されるので、それぞれの為す角が２π／３ｒａｄ．となる３方向の送信ビームが構成される。また、第３チャンネルの振動子、第６チャンネルの振動子、および第９チャンネルの振動子がそれぞれの為す角が２π／３ｒａｄ．の３方向に対して間隔２ｄで配置され、位相差２π／３ｒａｄ．ずつの送信用駆動信号が印加されるので、それぞれの為す角が２π／３ｒａｄ．となる、前記第２、第５、第８チャンネルの振動子から形成される送信ビームとは異なる３方向の送信ビームが構成される。すなわち、７方向同時に送信ビームが形成される。
【００１５】
また、この発明の超音波送受波器は、前述の超音波送波器を備え、平面振動子アレイの第１の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、第１の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、第１の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第１の位相制御と、第１の特定方向に対して所定回転方向に２π／３ｒａｄ．の角度を為す第２の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、第２の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、第２の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第２の位相制御と、第１の特定方向と前記第２の特定方向とのそれぞれに対して２π／３ｒａｄ．の角度を為す第３の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、第３の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、第３の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第３の位相制御と、を同時に行う受信ビーム形成手段を備えたことを特徴としている。
【００１６】
この構成では、特定方向に垂直な方向にそれぞれ３つのチャンネルがならぶ３列のグループの位相を２π／３ｒａｄ．ずつずらす制御を行うことで、各チャンネルの振動子が受信した信号の前記特定方向の成分が抽出されて、前記特定方向の受信ビームが形成される。この特定方向は、振動子の配列からそれぞれ２π／３ｒａｄ．の為す角を有する３方向に存在する。このため、各特定方向に対して、各チャンネルが受信した受信信号の位相制御を行うことで、前記３方向の受信ビームが同時に形成される。
【００１７】
また、この発明の超音波送受波器は、前述の超音波送波器を備え、平面振動子アレイの第１の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、第１の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、第１の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第１の位相制御、および、第１の特定方向と逆方向の第４の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第４の位相制御と、第１の特定方向に対して所定回転方向に２π／３ｒａｄ．の角度を為す第２の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、第２の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、第２の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第２の位相制御、および、第２の特定方向と逆方向の第５の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第５の位相制御と、第１の特定方向と第２の特定方向とのそれぞれに対して２π／３ｒａｄ．の角度を為す第３の特定方向に垂直な方向に並ぶ３つのチャンネルからなる、第３の特定方向に平行な方向に隣接する３つのグループに対して、第３の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第３の位相制御、および、第３の特定方向と逆方向の第６の特定方向に沿って順にそれぞれのグループの受信信号の位相を２π／３ｒａｄ．ずつ進ませる第６の位相制御とを、同時に行う受信ビーム形成手段を備えたことを特徴としている。
【００１８】
この構成では、特定方向に垂直な方向にそれぞれ３つのチャンネルがならぶ３列のグループの位相を２π／３ｒａｄ．ずつずらす制御を行うことで、各チャンネルの振動子が受信した信号の前記特定方向の成分が抽出されて、前記特定方向の受信ビームが形成される。この特定方向は、振動子の配列からそれぞれπ／３ｒａｄ．の為す角を有する６方向、言い換えれば、互いに角度πｒａｄ．（逆方向）の関係にある２つの特定方向がそれぞれ為す角２π／３ｒａｄ．で３組、存在する。このため、各特定方向に対して、各チャンネルが受信した受信信号の位相制御を行うことで、前記６方向の受信ビームが同時に形成される。
【００１９】
また、この発明の超音波送受波器は、全てのチャンネルの受信信号を同位相にする同位相制御を備え、該同位相制御も同時に行うことを特徴としている。
【００２０】
この構成では、各チャンネルが受信した受信信号を同位相に位相制御することで、水平面（前記６方向を有する面）に対して垂直な方向の受信ビームが同時に形成される。
【００２１】
また、この発明の超音波送受波器の受信ビーム形成手段は、第１の位相制御、第２の位相制御、および第３の位相制御を同時に行う第１受信制御と、第４の位相制御、第５の位相制御、および第６の位相制御とを同時に行う第２受信制御とを備え、少なくとも第１受信制御、第２受信制御のいずれかを実行することを特徴としている。
【００２２】
この構成では、受信ビームの方向が互いに２π／３の角を成す３方向になるので、受信ビームのデータ量が削減されて、データ処理に係る時間が削減される。すなわち、受信ビームのデータが簡素化されデータ処理が容易となり、高速化される。
【００２３】
また、この発明の探知装置は、前述の超音波送受波器と、送信駆動信号を制御するとともに、受信信号からなる受信ビームに基づき探知データを生成する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００２４】
この構成では、前述の超音波送受波器を用いることで、９チャンネルからなる振動子を制御して、送信時には時分割で略同時または同時に鉛直下方向に対して所定角θの、送信ビームを為す角π／３ｒａｄ．で６方向に形成するとともに、鉛直下方向の送信ビームを形成して、計７方向の送信ビームを形成する。また、受信時には送信ビームの方向に対応して前記７方向に同時に受信ビームを形成して、周囲の状況を探知する。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、簡素な構造でありながら、７方向に同時に送受信が可能な超音波送受波器を構成することができる。
【００２６】
また、この発明によれば、前述の７方向の内、同時送信方向を３方向とすることで、送信強度の強い超音波送受波器を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施形態に係る超音波送受波器およびこれを備えた探知装置について図を参照して説明する。なお、本説明では、探知装置として、水中を探知する水中探知装置を例に説明する。
図１は本発明の超音波送受波器１を備えた探知装置の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本発明の探知装置は、水中の所定領域に対して所定の指向性を有する超音波信号の送信ビームを形成して探知領域内を送信し、領域内の物標に反射した反射信号を受信して、受信ビームを形成する超音波送受波器１と、該超音波送受波器１に駆動制御信号を与える制御回路６と、各方位の受信データから探知画像データを生成して表示器８に出力する画像処理回路７（本発明の「探知データ生成手段」に相当。）と、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）７０と、表示画像データに基づき画像を表示する表示器８とから構成されている。
【００２８】
超音波送受波器１は、水平面に平行な面を主面とし、船底に設置された、９チャンネルからなる平面振動子アレイ２と、平面振動アレイ２の送受信を切り替える送受波切替器３と、平面振動子アレイ２の各振動子に与える送信用駆動信号を生成する送信駆動信号生成回路４と、平面振動子アレイ２の各振動子からの受信信号に基づき受信ビームを形成し、各方位の受信データを出力する受信ビーム形成回路５とを備える。そして、送信駆動信号生成回路４と送受波切替器３とは送信アンプ４０を介して３チャンネルのバスラインで接続されており、送受波切替器３と平面振動子アレイ２とは、平面振動子アレイ２のチャンネル数に相当する９チャンネルのバスラインで接続され、送受波切替器３と受信ビーム形成回路５とは受信アンプ５０を介して９チャンネルのバスラインで接続されている。送受波切替器３は平面振動子アレイ２の振動子で超音波信号を送信するか、反射信号を受信するかを制御回路６から与えられるタイミング信号に基づいて切り替え、送信時には入力される３チャンネルの送信駆動信号をそれぞれ平面振動子アレイ２の９チャンネルの振動子の設定されたチャンネルに出力する。一方、送受波切替器３は平面振動子アレイ２からの９チャンネルの受信信号をそのまま受信ビーム形成回路５に出力する。なお、送信駆動信号生成回路４、送受波切替器３間のバスラインの３チャンネルと送受波切替器３、平面振動子アレイ２間のバスラインの９チャンネルとは予め対応関係が設定されており、同様に、平面振動子アレイ２、送受波切替器３間のバスラインの９チャンネルと、送受波切替器３、受信ビーム形成回路５間のバスラインの９チャンネルとも予め対応関係が設定されている。送信駆動信号生成回路４は制御回路６から入力された駆動制御信号に基づき、所望の指向性を有する送信ビームが形成されるように、各振動子に与える駆動信号を生成し、後述する位相制御等を行って送受波切替器３を介して平面振動子アレイ２を構成する各振動子に出力する。受信ビーム形成回路５は、平面振動子アレイ２を構成する各振動子が受信した反射信号を送受波切替器３を介して入力し、後述する位相制御処理を行うことで、前記送信ビームに対応する所定の指向性を有する受信ビームを形成して出力する。受信ビーム形成回路５から出力された受信ビームは、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）７０を介して画像処理回路７に入力される。ここで、ＢＰＦ７０は、受信ビームの所定周波数帯域成分のみを通過させる。これにより、受信ビームは所定のティルト角を有する。言い換えれば、所定のティルト角の受信ビームが形成される。画像処理回路７は、この所定ティルト角の受信ビームに基づいて、表示器８の仕様に応じた形式の探知画像データを生成して、表示器８に出力する。
ここで、送信駆動信号生成回路４、送信アンプ４０、および送受波切替器３が本発明の「送信ビーム形成手段」に相当し、制御回路６、送信駆動信号生成回路４、送信アンプ４０、送受波切替器３、および平面振動子アレイ２が本発明の「超音波送波器」に相当する。
【００２９】
次に、平面振動子アレイ２の構成について、図２、図３、図４を参照して説明する。
図２は平面振動子アレイ２の構成を示し、（ａ）は超音波信号発信面の平面図（水中から船底方向をみた平面図）であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。そして、振動子を表す円内の数字はチャンネル番号を示す。
また、図３は図２に示した平面振動子アレイ２の各振動子の位置関係を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその部分拡大平面図である。
また、図４は図２に示した平面振動子アレイ２の配線パターンを示した構成図である。  なお、図３（ａ）、図４ではチャンネル番号を省略しているが、振動子の配置は図２に示す配置と同じである。
【００３０】
図に示すように、平面振動子アレイ２は、船首−船尾方向に垂直な辺とこの辺に対して為す角がπ／３ｒａｄ．となる二辺とからなる正三角形を基本構成とする正三角形格子構造（図３（ａ）参照。）であり、この正三角形の頂点位置に振動子１００（１００ａ〜１００ｃ、１００ｅ〜１００ｊ）が設置されている。正三角形の一辺の長さ、すなわち、振動子１００における中心間距離（２／３1/2）ｄおよび振動子列間の間隔ｄは、前述の式（１）に基づいて、送信信号の波長λと、鉛直下方向と探知方向との為す角であるティルト角θとにより予め設定されている。例えば、送信信号の波長λを１５ｍｍ（周波数を１００ｋＨｚ）にし、ティルト角θをπ／６ｒａｄ．（３０°）にしたい場合には、振動子列間の間隔ｄを１０ｍｍに設定している。
【００３１】
振動子１００はそれぞれ９チャンネルに分けられており、それぞれのチャンネルの振動子１００ａ〜１００ｃ、１００ｅ〜１００ｊは図２、図３に示す関係に配置されている。なお、図２（ａ）、図３（ｂ）では各チャンネルの代表する振動子にのみ記号を付し、他の振動子は属するチャンネル番号のみを示した。また、以下の説明では、各チャンネルに属する振動子は、属するチャンネル番号を頭に付し第ｎチャンネル振動子と称する（ｎはチャンネル番号）。
【００３２】
図３（ｂ）に示すように、第１、第２、第３チャンネル振動子１００ａ〜１００ｃの中心をそれぞれ頂点として一辺の長さが（２／３1/2）ｄの正三角形が形成されており、第２、第３チャンネル振動子１００ｂ，１００ｃを結ぶ辺が船首−船尾方向に対して垂直で、この辺に対して船首側に第１チャンネル振動子１００ａが配置されている。第４チャンネル振動子１００ｅは第３チャンネル振動子１００ｃに対して第２チャンネル振動子１００ｂと対称の位置に配置されており、第５チャンネル振動子１００ｆは第３チャンネル振動子１００ｃに対して第１チャンネル振動子１００ａと対称の位置に配置されている。第６チャンネル振動子１００ｇは第４チャンネル振動子１００ｅと第５チャンネル振動子１００ｆとともに一辺の長さが（２／３1/2）ｄの正三角形を構成する位置に配置されており、言い換えれば、第６チャンネル振動子１００ｇは第４、第５チャンネル振動子１００ｅ，１００ｆを結ぶ線を線対称の基準として第３チャンネル振動子１００ｃと対称の位置に配置されている。第７チャンネル振動子１００ｈは第６チャンネル振動子１００ｇに対して第５チャンネル振動子１００ｆと対称の位置に配置されており、第８チャンネル振動子１００ｉは第６チャンネル振動子１００ｇに対して第４チャンネル振動子１００ｅと対称の位置に配置されている。第９チャンネル振動子１００ｊは第７チャンネル振動子１００ｈと第８チャンネル振動子１００ｉとともに一辺の長さが（２／３1/2）ｄの正三角形を構成する位置に配置されており、言い換えれば、第９チャンネル振動子１００ｊは第７、第８チャンネル振動子１００ｈ，１００ｉを結ぶ線を線対称の基準として第６チャンネル振動子１００ｇと対称の位置に配置されている。また、同時に、第９チャンネル振動子１００ｊは、第１、第２チャンネル振動子１００ａ，１００ｂとで一辺の長さが（２／３1/2）ｄの正三角形を形成するとともに、第２、第４チャンネル振動子１００ｂ，１００ｅとで一辺の長さが（２／３1/2）ｄの正三角形を形成する位置に配置されている。そして、平面振動子アレイ２はこのような基本構成を所定パターン繰り返すことにより形成されている。
【００３３】
このような構成の平面振動子アレイ２は、強誘電体等からなる圧電効果を有する基板と、この基板の両面の対向する位置に形成された電極とにより形成される。例えば、図２（ｂ）に示すように、振動子１００ｆ〜１００ｈは圧電基板１０１の両面の対向する位置に電極１０２を配列形成することで、それぞれ形成される。このような圧電基板１０１は、両面の電極１０２間に所定電圧を印加すると基板特有の周波数で振動する。すなわち、圧電基板１０１の電極１０２で挟まれた部分が圧電振動子として機能する。これにより、図２（ｂ）に示すように圧電基板１０１の両面に電極１０２が配列形成されることで、振動子１００ｆ〜１００ｈを配列（アレイ化）している。なお、本説明では、圧電基板両面に対向電極を形成することにより振動子アレイを形成したが、単に絶縁基板に前記配置パターンに従い単体の振動素子を配置する構造を用いてもよい。
【００３４】
このように形成された振動子１００（１００ａ〜１００ｃ，１００ｅ〜１００ｊ）は、図４に示す配線パターンで配線されている。船首−船尾方向に垂直な方向にならぶ第１チャンネル振動子１００ａは、それぞれ配線パターンＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５で並列接続されており、全ての第１チャンネル振動子１００ａがポートＰ１に接続されている。同様に、第２チャンネル振動子１００ｂはそれぞれ配線パターンＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ２５でポートＰ２に並列接続され、第３チャンネル振動子１００ｃはそれぞれ配線パターンＬ３１，Ｌ３２，Ｌ３３，Ｌ３４，Ｌ３５でポートＰ３に並列接続されている。また、第４チャンネル振動子１００ｅはそれぞれ配線パターンＬ４１，Ｌ４２，Ｌ４３，Ｌ４４，Ｌ４５でポートＰ４に並列接続され、第５チャンネル振動子１００ｆはそれぞれ配線パターンＬ５１，Ｌ５２，Ｌ５３，Ｌ５４，Ｌ５５でポートＰ５に並列接続され、第６チャンネル振動子１００ｇはそれぞれ配線パターンＬ６１，Ｌ６２，Ｌ６３，Ｌ６４，Ｌ６５でポートＰ６に並列接続されている。さらに、第７チャンネル振動子１００ｈはそれぞれ配線パターンＬ７１，Ｌ７２，Ｌ７３，Ｌ７４，Ｌ７５でポートＰ７に並列接続され、第８チャンネル振動子１００ｉはそれぞれ配線パターンＬ８１，Ｌ８２，Ｌ８３，Ｌ８４でポートＰ８に並列接続され、第９チャンネル振動子１００ｊはそれぞれ配線パターンＬ９１，Ｌ９２，Ｌ９３，Ｌ９４でポートＰ９に並列接続されている。そして、これらポートＰ１〜Ｐ９が前述の送受波切替器３とのバスラインの各ラインにそれぞれ接続されており、各振動子１００ａ〜１００ｃ，１００ｅ〜１００ｊの他方の端子は、例えば、それぞれチャンネル毎に接地されている。このような構成とすることで、平面振動子アレイ２の全ての振動子が第１チャンネル〜第９チャネルに分けて接続される。なお、前述の配線パターンとしては、圧電基板の両面に対向電極を形成する構造の場合には圧電基板の一方面に配線パターン電極を形成することにより実現され、単体の振動素子を用いる場合には絶縁基板表面に形成した配線パターン電極や導体線による振動素子の端子を接続することにより実現される。
【００３５】
次に、このような構成の探知装置の送信時の動作について説明する。
（１）９つのチャンネルの振動子を時分割で略同時に駆動する場合
探知開始命令が入力されると、制御回路６は、入力された探知方向（ティルト）に応じた超音波送信信号を生成する制御信号を超音波送受波器１の送信駆動信号発生回路４に出力する。例えば、前述の振動子の配列パターン（ｄ＝１０ｍｍ）である場合に、ティルト角をπ／４ｒａｄ．（４５°）にする入力がされれば超音波送信信号の周波数を７０．７ｋＨｚに設定し、ティルト角をπ／６ｒａｄ．（３０°）にする入力がされれば超音波送信信号の周波数を１００ｋＨｚに設定する。この際、制御回路６からは、９つのチャンネルを３つのグループに分け、時分割でグループに与える駆動信号の位相を制御する制御信号も送信駆動信号発生回路４に出力される。具体的には、第１チャンネル〜第３チャンネルを第１グループとし、第４チャンネル〜第６チャンネルを第２グループとし、第７チャンネル〜第９チャンネルを第３グループとする制御信号を送信駆動信号発生回路４に出力する。この制御を行うことで、平面振動子アレイ２は、図５に示すように、第１グループ振動子１１０ａ、第２グループ振動子１１０ｂ、および第３グループ振動子１１０ｃを、中心間距離２ｄで正三角形格子状に配列形成した構造と同等となる。
図５は、平面振動子アレイ２の第１〜第３グループの構成パターンを示す構成図である。
この構造では、船首−船尾方向に平行な方向、および船首−船尾方向に対して為す角がπ／６の方向において、第１グループ振動子１１０ａの配列位置と、第２グループ振動子１１０ｂの配列位置と、第３グループ振動子１１０ｃの配列位置とが間隔ｄで配置された構成となる。
【００３６】
送信駆動信号発生回路４は制御回路６から入力された制御信号に従い、振動子が所望周波数の超音波送信信号を送信するための送信駆動信号を発生し、グループ毎に出力する送信駆動信号の位相制御を行う。具体的には、時分割で図６（ａ）に示す位相制御と、図７（ａ）に示す位相制御と、全てのチャンネル（グループ）を同位相にする位相制御とを行う。
図６（ａ）は第１の位相制御を示すブロック図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す位相制御を行った場合の水平方向に射影した送信ビームの進行方向を示す図である。また、図７（ａ）は第２の位相制御を示すブロック図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す位相制御を行った場合の水平方向に射影した送信ビームの方向を示す図である。
まず、図６（ａ）に示すように、基準の送信駆動信号と、２π／３ｒａｄ．位相進みの送信駆動信号と、４π／３ｒａｄ．位相進みの送信駆動信号が、３系統のバスラインによりそれぞれ送受波切替器３に出力される。そして、基準送信駆動信号が第１グループ振動子１１０ａを構成する第１〜第３チャンネルの振動子（１００ａ〜１００ｃ）にそれぞれバスラインおよびポートＰ１〜Ｐ３を介してに出力され、２π／３ｒａｄ．位相進みの送信駆動信号が第２グループ振動子１１０ｂを構成する第４〜第６チャンネルの振動子（１００ｅ〜１００ｇ）にそれぞれバスラインおよびポートＰ４〜Ｐ６を介して出力され、４π／３ｒａｄ．位相進みの送信駆動信号が第３グループ振動子１１０ｃを構成する第７〜第９チャンネルの振動子（１００ｈ〜１００ｊ）にそれぞれバスラインおよびポートＰ７〜Ｐ９を介して出力される。
【００３７】
このような送信駆動信号が各振動子に印加されると、第１グループ振動子１１０ａ、第２グループ振動子１１０ｂ、第３グループ振動子１１０ｃから送信される超音波信号は、図６（ｂ）に示すように、船首方向、この船首方向から右舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した右舷後方、および船首方向から左舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した左舷後方の三方向に垂直な等位相面を水平方向に対してティルト角θの方向に有する。このため、これらの方向を進行方向とする３つの送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜ＴｘＢｅａｎ３が形成されて探知領域内に送信される。
【００３８】
次に、図７（ａ）に示すように、基準の送信駆動信号と、４π／３ｒａｄ．位相進みの送信駆動信号と、２π／３ｒａｄ．位相進みの送信駆動信号が、３系統のバスラインによりそれぞれ送受波切替器３に出力される。そして、基準送信駆動信号が第１グループ振動子１１０ａを構成する第１〜第３チャンネルの振動子（１００ａ〜１００ｃ）にそれぞれバスラインおよびポートＰ１〜Ｐ３を介してに出力され、４π／３ｒａｄ．位相進みの送信駆動信号が第２グループ振動子１１０ｂを構成する第４〜第６チャンネルの振動子（１００ｅ〜１００ｇ）にそれぞれバスラインおよびポートＰ４〜Ｐ６を介して出力され、２π／３ｒａｄ．位相進みの送信駆動信号が第３グループ振動子１１０ｃを構成する第７〜第９チャンネルの振動子（１００ｈ〜１００ｊ）にそれぞれバスラインおよびポートＰ７〜Ｐ９を介して出力される。
【００３９】
このような送信駆動信号が各振動子に印加されると、第１グループ振動子１１０ａ、第２グループ振動子１１０ｂ、第３グループ振動子１１０ｃから送信される超音波信号は、図７（ｂ）に示すように、船尾方向、この船尾方向から左舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した左舷前方、および船尾方向から右舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した右舷前方の三方向に垂直な等位相面を水平方向に対してティルト角θの方向に有する。このため、これらの方向を進行方向とする３つの送信ビームＴｘＢｅａｍ４〜ＴｘＢｅａｍ６が形成されて探知領域内に送信される。
【００４０】
次に、全てのグループ振動子１１０ａ〜１１０ｃに同位相の送信駆動信号が印加されると、等位相面は鉛直方向に垂直な方向となり、鉛直方向を進行方向とする送信ビームＴｘＢｅａｍ７が形成されて探知領域内に送信される。
【００４１】
図８は送信ビームの指向性を示す図であり、（ａ）が水平方向の指向性を示し、（ｂ）が鉛直方向の指向性を示す。
前述の制御を行うことで、図８に示すように、自船２００の船底に設置された平面振動子アレイ２から、鉛直方向に対してティルト角θを為し、船首方向、船尾方向、船首から右舷方向にπ／３ｒａｄ．、２π／３ｒａｄ．回転した右舷前方および右舷後方、船首から左舷方向にπ／３ｒａｄ．、２π／３ｒａｄ．回転した左舷前方および左舷後方の６方向と、鉛直下方向の７方向に略同時に送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜７を形成して探知領域内に送信することができる。
【００４２】
次に、このような構成の探知装置の送信ビームのシミュレーション結果について説明する。なお、このシミュレーションでは、振動子間隔ｄを１０ｍｍとし、超音波信号の周波数を１００ｋＨｚとし、さらに音速を１５００ｍ／ｓに設定している。
図９（ａ）は送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜３の水平指向性を示し、図９（ｂ）は送信ビームＴｘＢｅａｍ１の垂直指向性を示す。ここで、水平指向性は、鉛直方向からπ／６の角度を為す方向を断面とし、０ｄｅｇ．が船首方向、−方向が左舷方向、＋方向が右舷方向を示す。また、垂直指向性は、船首−船尾方向を断面とし、０ｄｅｇ．が鉛直真下方向、９０ｄｅｇ．（π／２ｒａｄ．）が船首方向（水平面）、−９０ｄｅｇ．（−π／２ｒａｄ．）が船尾方向（水平面）を示す。
図９に示すように、前述の構成で前述の制御を行うことにより水平指向性で０ｄｅｇ．±１２０ｄｅｇ．（±２π／３ｒａｄ．）方向、すなわち、船首方向と、船首方向から右舷方向に１２０ｄｅｇ．（２π／３ｒａｄ．）方向（右舷後方）と、船首方向から左舷方向に１２０ｄｅｇ．（２π／３ｒａｄ．）方向（左舷後方）とに、垂直指向性で３０ｄｅｇ．（π／６ｒａｄ．）方向、すなわち、鉛直下方向と為す角３０ｄｅｇ．（π／６ｒａｄ．）を生じる方向に送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜３を形成することができる。
【００４３】
図１０（ａ）は送信ビームＴｘＢｅａｍ４〜６の水平指向性を示し、図１０（ｂ）は送信ビームＴｘＢｅａｍ４の垂直指向性を示す。ここで、水平指向性は、鉛直方向から３０ｄｅｇ．（π／６ｒａｄ．）の角度を為す方向を断面とし、０ｄｅｇ．が船首方向、−方向が左舷方向、＋方向が右舷方向を示す。また、垂直指向性は、船首−船尾方向を断面とし、０ｄｅｇ．が鉛直真下方向、９０ｄｅｇ．（π／２ｒａｄ．）が船首方向（水平面）、−９０ｄｅｇ．（−π／２ｒａｄ．）が船尾方向（水平面）を示す。
図１０に示すように、前述の構成で前述の制御を行うことにより水平指向性で１８０ｄｅｇ．±１２０ｄｅｇ．（±２π／３ｒａｄ．）方向、すなわち、船尾方向と、船尾方向から左舷方向に１２０ｄｅｇ．（２π／３ｒａｄ．）方向（左舷前方）と、船尾方向から右舷方向に１２０ｄｅｇ．（２π／３ｒａｄ．）方向（右舷前方）とに、垂直指向性で３０ｄｅｇ．（π／６ｒａｄ．）方向、すなわち、鉛直下方向と為す角３０ｄｅｇ．（π／６ｒａｄ．）を生じる方向に送信ビームＴｘＢｅａｍ４〜６を形成することができる。
【００４４】
図１１（ａ），（ｂ）は送信ビームＴｘＢｅａｍ７の垂直指向性を示す。ここで、図１１（ａ）の垂直指向性は、船首−船尾方向を断面とし、０ｄｅｇ．が鉛直真下方向、９０ｄｅｇ．（π／２ｒａｄ．）が船首方向（水平面）、−９０ｄｅｇ．（−π／２ｒａｄ．）が船尾方向（水平面）を示す。また、図１１（ｂ）の垂直指向性は、右舷−左舷方向を断面とし、０ｄｅｇ．が鉛直真下方向、９０ｄｅｇ．（π／２ｒａｄ．）が右舷方向（水平面）、−９０ｄｅｇ．（−π／２ｒａｄ．）が左舷方向（水平面）を示す。
図１１に示すように、前述の構成で前述の制御を行うことにより船首−船尾方向に対する垂直指向性および、右舷−左舷方向に対する垂直指向性においても０ｄｅｇ．方向、すなわち鉛直真下方向に送信ビームＴｘＢｅａｍ７を形成することができる。
【００４５】
（２）９つのチャンネルの振動子を同時に駆動する場合
前述の（１）の場合のように、探知開始命令が入力されると、制御回路６は制御信号を超音波送受波器１の送信駆動信号発生回路４に出力する。この際、制御回路６からは、９つのチャンネルを３つのグループに分け、同時に各グループに与える駆動信号の位相を制御する制御信号も送信駆動信号発生回路４に出力される。具体的には、第１チャンネル〜第３チャンネル、第４チャンネル、第７チャンネルを第１グループとし、第５チャンネル、第９チャンネルを第２グループとし、第６チャンネル、第８チャンネルを第３グループとする制御信号を送信駆動信号発生回路４に出力する。
【００４６】
送信駆動信号発生回路４は制御回路６から入力された制御信号に従い、振動子が所望周波数の超音波送信信号を送信するための送信駆動信号を発生し、グループ毎に出力する送信駆動信号の位相制御を行う。具体的には図１２、図１３に示す位相制御を行う。すなわち、第１グループに属する第１チャンネル〜第３チャンネル、第４チャンネル、第７チャンネルに出力する送信駆動信号を基準信号として、第５チャンネル、第９チャンネルに２π／３ｒａｄ．位相進み信号を出力し、第６チャンネル、第８チャンネルに４π／３ｒａｄ．位相進み信号を出力する。
【００４７】
図１２は平面振動子アレイの各振動子に印加される信号の位相関係を示した図であり、図１３は位相制御を示すブロック図である。
このように位相制御された各送信駆動信号は前記３つのグループ毎にそれぞれ異なるバスラインを介して送受波切替器３に入力される。送受波切替器３は、制御信号に従い３種類の位相の異なる信号を各チャンネルの振動子に出力する。各チャンネルの振動子は印加された送信駆動信号に従い超音波信号を探知領域内に送信する。
【００４８】
図１４、図１５は、図１３に示す位相制御が行われた場合の、各チャンネル振動子と送信ビームとの関係を示す図であり、図１４（ａ）が第２チャンネル振動子、第５チャンネル振動子、第８チャンネル振動子と送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜ＴｘＢｅａｍ３とを関係を示し、図１４（ｂ）が第３チャンネル振動子、第６チャンネル振動子、第９チャンネル振動子と送信ビームＴｘＢｅａｍ４〜ＴｘＢｅａｍ６との関係を示し、図１５が第１チャンネル振動子、第４チャンネル振動子、第７チャンネル振動子と送信ビームＴｘＢｅａｍ７との関係を示す。なお、図１４（ａ），（ｂ）、図１５（ａ）は平面振動子アレイ２を正面視した図であり、図１５（ｂ）は平面振動子アレイ２を側面視した図である。
【００４９】
（Ａ）図１４（ａ）に示すように、第２チャンネル振動子１００ｂの列と、第５チャンネル振動子１００ｆの列と、第８チャンネル振動子１００ｉの列とが、船首−船尾方向、この船首−船尾方向に対して船首方向から右舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した方向、およびこの船首−船尾方向に対して船首方向から左舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した方向、に平行に間隔ｄで配置される関係にある。そして、図１３に示す位相制御が行われることで、第２チャンネル振動子１００ｂに印加される駆動信号に対して、第５チャンネル振動子１００ｆに印加される駆動信号は２π／３ｒａｄ．位相が進み、第８チャンネル振動子１００ｉに印加される駆動信号は４π／３ｒａｄ．位相が進む。これにより、図１４（ａ）に示すように、第２チャンネル振動子１００ｂ、第５チャンネル振動子１００ｆ、第８グループ振動子１００ｉから送信される超音波信号は、船首方向、この船首方向から右舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した右舷後方、および船首方向から左舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した左舷後方の三方向に垂直な等位相面を鉛直方向に対してティルト角θの方向に有する。このため、これらの方向を進行方向とする３つの送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜ＴｘＢｅａｍ３が形成されて探知領域内に送信される。
【００５０】
（Ｂ）同様に、図１４（ｂ）に示すように、第３チャンネル振動子１００ｃの列と、第６チャンネル振動子１００ｇの列と、第９チャンネル振動子１００ｊの列とが、船首−船尾方向、この船首−船尾方向に対して船首方向から右舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した方向、およびこの船首−船尾方向に対して船首方向から左舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した方向、に平行に間隔ｄで配置される関係にある。そして、図１３に示す位相制御が行われることで、第３チャンネル振動子１００ｃに印加される駆動信号に対して、第６チャンネル振動子１００ｇに印加される駆動信号は４π／３ｒａｄ．位相が進み、第９チャンネル振動子１００ｊに印加される駆動信号は２π／３ｒａｄ．位相が進む。これにより、図１４（ｂ）に示すように、第３チャンネル振動子１００ｃ、第６チャンネル振動子１００ｇ、第９グループ振動子１００ｊから送信される超音波信号は、船尾方向、この船尾方向から左舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した左舷前方、および船尾方向から右舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した右舷前方の三方向に垂直な等位相面を鉛直方向に対してティルト角θの方向に有する。このため、これらの方向を進行方向とする３つの送信ビームＴｘＢｅａｍ４〜ＴｘＢｅａｍ６が形成されて探知領域内に送信される。
【００５１】
（Ｃ）また、同様に、図１５（ａ）に示すように、第１チャンネル振動子１００ａの列と、第４チャンネル振動子１００ｅの列と、第７チャンネル振動子１００ｈの列とが、船首−船尾方向、この船首−船尾方向に対して船首方向から右舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した方向、およびこの船首−船尾方向に対して船首方向から左舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した方向、に平行に間隔ｄで配置される関係にある。そして、図１３に示す位相制御が行われることで、第１チャンネル振動子１００ａ、第４チャンネル振動子１００ｇ、および第９チャンネル振動子１００ｊに印加される駆動信号は同相になる。これにより、図１５に示すように、超音波信号の等位相面は水平方向となり、鉛直下方向を進行方向とする送信ビームＴｘＢｅａｍ７が形成され探知領域内に送信される。
これら（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の関係は同時に発生するので、前述の送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜７も同時に形成されて出力される。
【００５２】
このような構成、制御とすることで、図８に示すように、自船２００の船底に設置された平面振動子アレイ２から、鉛直方向に対してティルト角θを為し、船首方向、船尾方向、船首から右舷方向にπ／３ｒａｄ．、２π／３ｒａｄ．回転した右舷前方および右舷後方、船首から左舷方向にπ／３ｒａｄ．、２π／３ｒａｄ．回転した左舷前方および左舷後方の６方向と、鉛直下方向の７方向に同時に送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜７を形成して探知領域内に送信することができる。
次に、このような構成の探知装置の受信時の動作について説明する。
図１６は受信ビーム形成する位相制御を表したブロック図である。
受信時には、送受波切替器３は平面振動子アレイの第１チャンネル振動子〜第９チャンネル振動子で受信した受信信号をそれぞれ個別のバスラインを介して、受信ビーム形成回路５に出力する。受信ビーム形成回路５は図１６に示すブロック図を実現する回路構成からなり、それぞれ３つのチャンネル振動子の信号を、個別の組み合わせで合成する９つの受信信号合成回路５１ａ〜５１ｃ，５１ｅ〜５１ｊと、これら受信信号合成回路５１ａ〜５１ｃ，５１ｅ〜５１ｊの出力信号の内、所定の出力信号の位相制御を行う位相制御回路５２ａ〜５２ｃ，５２ｅ〜５２ｇ，５３ａ〜５３ｃ，５３ｅ〜５３ｇと、受信信号合成回路５１ａ〜５１ｃ，５１ｅ〜５１ｊからの出力信号および位相制御回路５２ａ〜５２ｃ，５２ｅ〜５２ｇ，５３ａ〜５３ｃ，５３ｅ〜５３ｇからの出力信号の内所定の出力信号をそれぞれ異なる組み合わせで合成して受信ビームを形成する受信信号合成回路５４ａ〜５４ｃ，５４ｅ〜５１ｈとを備えている。
このような構成の受信ビーム形成回路５では、第１〜第９チャンネル振動子が受信した受信信号から次に示す方法で受信ビームＲｘＢｅａｍ１〜ＲｘＢｅａｍ７を形成する。
【００５３】
受信信号合成回路５１ａは第１、第８、第９チャンネル振動子から出力される受信信号を合成して出力し、受信信号合成回路５１ｂは第２、第３、第４チャンネル振動子から出力される受信信号を合成して出力し、受信信号合成回路５１ｃは第５、第６、第７チャンネル振動子から出力される受信信号を合成して出力する。これら受信信号合成回路５１ａ〜５１ｃの出力信号は、船首−船尾方向に垂直な方向に配列されたチャンネル振動子群ごとの受信信号を表す。
また、受信信号合成回路５１ｅは第２、第７、第９チャンネル振動子から出力される受信信号を合成して出力し、受信信号合成回路５１ｆは第１、第３、第５チャンネル振動子から出力される受信信号を合成して出力し、受信信号合成回路５１ｇは第４、第６、第８チャンネル振動子から出力される受信信号を合成して出力する。これら受信信号合成回路５１ｅ〜５１ｇの出力信号は、船首−船尾方向に対して船首方向から右舷方向に２π／３回転した方向に垂直な方向に配列されたチャンネル振動子群毎の受信信号を表す。
また、受信信号合成回路５１ｈは第３、第７、第８チャンネル振動子から出力される受信信号を合成して出力し、受信信号合成回路５１ｉは第１、第２、第６チャンネル振動子から出力される受信信号を合成して出力し、受信信号合成回路５１ｊは第４、第５、第９チャンネル振動子から出力される受信信号を合成して出力する。これら受信信号合成回路５１ｅ〜５１ｇの出力信号は、船首−船尾方向に対して船首方向から左舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した方向に垂直な方向に配列されたチャンネル振動子群毎の受信信号を表す。
【００５４】
位相制御回路５２ａ〜５２ｃ，５２ｅ〜５２ｇは受信信号合成回路５１ｃ，５１ｅ，５１ｉ，５１ａ，５１ｆ，５１ｊの出力信号の位相をそれぞれ２π／３進める位相制御を行って出力し、位相制御回路５３ａ〜５３ｃ，５３ｅ〜５３ｇは受信信号合成回路５１ａ，５１ｆ，５１ｊ，５１ｃ，５１ｅ，５１ｉの出力信号の位相をそれぞれ４π／３進める位相制御を行って出力する。
【００５５】
受信信号合成回路５４ａは受信信号合成回路５１ｂの出力信号と位相制御回路５２ａ，５３ａの出力信号とを合成して受信ビームＲｘＢｅａｍ１を出力する。図１７（ａ）はこの状態を平面振動子アレイの各振動子に当て嵌めた図であり、船首方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ１が形成されている。
受信信号合成回路５４ｂは受信信号合成回路５１ｇの出力信号と位相制御回路５２ｂ，５３ｂの出力信号とを合成して受信ビームＲｘＢｅａｍ２を出力する。図１７（ｂ）はこの状態を平面振動子アレイの各振動子に当て嵌めた図であり、船首方向に対して右舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ２が形成されている。
受信信号合成回路５４ｃは受信信号合成回路５１ｈの出力信号と位相制御回路５２ｃ，５３ｃの出力信号とを合成して受信ビームＲｘＢｅａｍ３を出力する。図１８（ａ）はこの状態を平面振動子アレイの各振動子に当て嵌めた図であり、船首方向に対して左舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ３が形成されている。
受信信号合成回路５４ｅは受信信号合成回路５１ｂの出力信号と位相制御回路５２ｅ，５３ｅの出力信号とを合成して受信ビームＲｘＢｅａｍ４を出力する。図１８（ｂ）はこの状態を平面振動子アレイの各振動子に当て嵌めた図であり、船尾方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ４が形成されている。
受信信号合成回路５４ｆは受信信号合成回路５１ｇの出力信号と位相制御回路５２ｆ，５３ｆの出力信号とを合成して受信ビームＲｘＢｅａｍ５を出力する。図１９（ａ）はこの状態を平面振動子アレイの各振動子に当て嵌めた図であり、船尾方向に対して左舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ５が形成されている。
受信信号合成回路５４ｇは受信信号合成回路５１ｈの出力信号と位相制御回路５２ｇ，５３ｇの出力信号とを合成して受信ビームＲｘＢｅａｍ６を出力する。図１９（ｂ）はこの状態を平面振動子アレイの各振動子に当て嵌めた図であり、船尾方向に対して右舷方向に２π／３ｒａｄ．回転した方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ６が形成されている。
受信信号合成回路５４ｈは受信信号合成回路５１ｈ，５１ｉ，５１ｊの出力信号を合成して受信ビームＲｘＢｅａｍ７を出力する。
【００５６】
図１７、図１８、図１９はこれら位相制御および受信信号合成による結果を平面振動子アレイに配置された各振動子に当てはめるとともに受信ビームＲｘＢｅａｍ１〜６を示す図である。
これら図１７、図１８、図１９に示すように、受信ビーム形成回路５で前述の制御を行うことにより、同時に、船首方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ１を形成し（図１７（ａ））、船首方向から右舷に２π／３ｒａｄ．回転方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ２を形成し（図１７（ｂ））、船首方向から左舷に２π／３ｒａｄ．回転方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ３を形成し（図１８（ａ））、船尾方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ４を形成し（図１８（ｂ））、船尾方向から左舷に２π／３ｒａｄ．回転方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ５を形成し（図１９（ａ））、船尾方向から右舷に２π／３回転方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ６を形成することができる（図１９（ｂ））。また、図示していないが、前述の受信ビームＲｘＢｅａｍ１〜６と同時に、全てのチャンネルの受信信号を同相にすることにより、鉛直下方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ７を形成することができる。
【００５７】
次に、このような構成の探知装置の受信ビームのシミュレーション結果について説明する。なお、このシミュレーションでは、振動子列間隔ｄを１０ｍｍとし、超音波信号の周波数を１００ｋＨｚとし、さらに音速を１５００ｍ／ｓに設定している。
図２０（ａ）は受信ビームＲｘＢｅａｍ１の水平指向性を示し、図２０（ｂ）は受信ビームＲｘＢｅａｍ１の垂直指向性を示す。ここで、水平指向性は、鉛直方向から３０ｄｅｇ．（π／６ｒａｄ．）の角度を為す方向を断面とし、０ｄｅｇ．が船首方向、−方向が左舷方向、＋方向が右舷方向を示す。また、垂直指向性は、船首−船尾方向を断面とし、０ｄｅｇ．が鉛直真下方向、９０ｄｅｇ．（π／２ｒａｄ．）が船首方向（水平面）、−９０ｄｅｇ．（−π／２ｒａｄ．）が船尾方向（水平面）を示す。
図２０に示すように、前述の構成で前述の受信制御を行うことにより水平指向性で０ｄｅｇ．方向、すなわち船首方向に、垂直指向性で３０ｄｅｇ．（π／６ｒａｄ．）方向、すなわち、鉛直下方向と為す角３０ｄｅｇ．（π／６ｒａｄ．）を生じる方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ１を形成することができる。
【００５８】
図２１（ａ）は受信ビームＲｘＢｅａｍ４の水平指向性を示し、図２１（ｂ）は受信ビームＲｘＢｅａｍ４の垂直指向性を示す。ここで、水平指向性は、鉛直方向から３０ｄｅｇ．（π／６ｒａｄ．）の角度を為す方向を断面とし、０ｄｅｇ．が船首方向、−方向が左舷方向、＋方向が右舷方向を示す。また、垂直指向性は、船首−船尾方向を断面とし、０ｄｅｇ．が鉛直真下方向、９０ｄｅｇ．（π／２ｒａｄ．）が船首方向（水平面）、−９０ｄｅｇ．（−π／２ｒａｄ．）が船尾方向（水平面）を示す。
図２１に示すように、前述の構成で前述の受信制御を行うことにより水平指向性で１８０ｄｅｇ．（πｒａｄ．）方向、すなわち船尾方向に、垂直指向性で３０ｄｅｇ．（π／６ｒａｄ．）方向、すなわち、鉛直下方向と為す角３０ｄｅｇ．（π／６ｒａｄ．）を生じる方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ４を形成することができる。
【００５９】
なお、ＲｘＢｅａｍ２，ＲｘＢｅａｍ３，ＲｘＢｅａｍ５，ＲｘＢｅａｍ６については、前述の送信ビームＴｘＢｅａｍ２，ＴｘＢｅａｍ３，ＴｘＢｅａｍ５，ＴｘＢｅａｍ６と同様の指向性を示すことは、前述の図９、図１０と図２０、図２１とを比較参照することにより容易に推測できるので説明および指向性を示す図は省略する。また、受信ビームＲｘＢｅａｍ７についても、送信ビームＴｘＢｅａｍ７と同様の指向性を示すことは図９、図１０と図２０、図２１とを比較し、図１１を参照することにより容易に推測できるので説明および指向性を示す図は省略する。
【００６０】
以上の構成を用いることで、同時または略同時に、７方向に超音波信号を送信して反射信号を受信する超音波送受波器を、振動子に対して９チャンネルからなる信号伝送回路で形成し、簡素化および小型化することができる。また、この超音波送受波器を用いることで、簡素な構造で制御が容易な探知装置を構成することができる。
【００６１】
なお、前述の説明では、所定の設定周波数の超音波信号で送信ビームを形成する例を示したが、この周波数は探知を行う方向に応じて変化させてもよい。
【００６２】
図２２は超音波信号の周波数を７０．７ｋＨｚに設定した場合の送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜３の指向性を示す図であり、（ａ）は送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜３の水平指向性を示し、（ｂ）は送信ビームＴｘＢｅａｍ１の垂直指向性を示す。ここで、水平指向性は、鉛直方向から４５ｄｅｇ．（π／４ｒａｄ．）の角度を為す方向を断面とし、０ｄｅｇ．が船首方向、−方向が左舷方向、＋方向が右舷方向を示す。また、垂直指向性は、船首−船尾方向を断面とし、０ｄｅｇ．が鉛直真下方向、９０ｄｅｇ．（π／２ｒａｄ．）が船首方向（水平面）、−９０ｄｅｇ．（−π／２ｒａｄ．）が船尾方向（水平面）を示す。
図２２に示すように、前述の構成でこの制御を行うことにより水平指向性で０ｄｅｇ．±１２０ｄｅｇ．（±２π／３ｒａｄ．）方向、すなわち、船首方向と、船首方向から右舷方向に１２０ｄｅｇ．（２π／３ｒａｄ．）方向（右舷後方）と、船首方向から左舷方向に１２０ｄｅｇ．（２π／３ｒａｄ．）方向（左舷後方）とに、垂直指向性で４５ｄｅｇ．（π／４ｒａｄ．）方向、すなわち、鉛直下方向と為す角４５ｄｅｇ．（π／４ｒａｄ．）を生じる方向に送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜３を形成することができる。
【００６３】
また、図２３は、超音波信号の周波数を７０．７ｋＨｚに設定した場合の受信ビームＲｘＢｅａｍ１の指向性を示す図であり、（ａ）は受信ビームＲｘＢｅａｍ１の水平指向性を示し、（ｂ）は受信ビームＲｘＢｅａｍ１の垂直指向性を示す。ここで、水平指向性は、鉛直方向から４５ｄｅｇ．（π／４ｒａｄ．）の角度を為す方向を断面とし、０ｄｅｇ．が船首方向、−方向が左舷方向、＋方向が右舷方向を示す。また、垂直指向性は、船首−船尾方向を断面とし、０ｄｅｇ．が鉛直真下方向、９０ｄｅｇ．（π／２ｒａｄ．）が船首方向（水平面）、−９０ｄｅｇ．（−π／２ｒａｄ．）が船尾方向（水平面）を示す。
図２３に示すように、前述の構成でこの受信制御を行うことにより水平指向性で０ｄｅｇ方向、すなわち船首方向に、垂直指向性で４５ｄｅｇ．（π／４ｒａｄ．）方向、すなわち、鉛直下方向と為す角４５ｄｅｇ．（π／４ｒａｄ．）を生じる方向に受信ビームＲｘＢｅａｍ１を形成することができる。
【００６４】
このように、超音波信号の周波数（送信駆動信号の周波数）を変化させることにより、水平方向に同じ方向で、鉛直下方向に対する角度を変化させることができ、所望の水中方向を探知することが可能となる。
【００６５】
また、前述の説明では、７方向の全てに同じ周波数の超音波信号を送信する構成を示したが、ビーム方位毎に異なる周波数の送信駆動信号を印加させ、異なる周波数の超音波信号を送信させる制御を行ってもよい。例えば、鉛直下方向に送信されるＴｘＢｅａｍ７を生成する送信駆動信号と、これ以外の、鉛直方向にティルト角θを為す方向に送信されるＴｘＢｅａｍ１〜６を生成する送信駆動信号とを異なる周波数に設定してもよい。そして、このように周波数を異ならせることにより、受信時にＴｘＢｅａｍ１〜６に対応する受信ビームＲｘＢｅａｍ１〜６におけるＴｘＢｅａｍ７による影響を抑制することができる。すなわち、ＴｘＢｅａｍ７の周波数がＴｘＢｅａｍ１〜６の周波数と異なるため、ＴｘＢｅａｍ７の海底面反射がＲｘＢｅａｍ１〜６に影響を与えないようにすることができる。これにより、さらに正確に探知を行うことができる。
【００６６】
また、前述の説明では、７方向同時に受信ビームを形成したが、互いに成す角が２π／３の３方向にのみ受信ビームを形成してもよい。例えば、前述の例によれば、ＲｘＢｅａｍ１、ＲｘＢｅａｍ２、ＲｘＢｅａｍ３のみを形成してもよい。このような構成とすることで、受信ビーム形成処理が簡素化されて高速化される。これにより、前述の同時に７方向を探知する場合よりも探知方向が減少するが、全周に亘り互いに所定角を成す方向に高速に探知を行うことができる。この際、７方向の受信ビームを形成して、所望とする３方向の受信ビームのみを抽出する構成を用いても良く、予め所望とする３方向の受信ビームのみを形成する構成を用いてもよい。このように３方向の受信ビームだけしか形成しない構成を用いることで、超音波送受波器のハード構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の超音波送受波器１を備えた探知装置の概略構成を示すブロック図
【図２】平面振動子アレイ２の構成を示す平面図および断面図
【図３】図２に示した平面振動子アレイ２の各振動子の位置関係を示した図
【図４】図２に示した平面振動子アレイ２の配線パターンを示した構成図
【図５】平面振動子アレイ２の第１〜第３グループの構成パターンを示す構成図
【図６】第１の位相制御を示すブロック図、およびこの位相制御での水平方向に射影した送信ビームの進行方向を示す図
【図７】第２の位相制御を示すブロック図、およびこの位相制御での水平方向に射影した送信ビームの進行方向を示す図
【図８】送信ビームの水平指向性、および鉛直指向性を示す図
【図９】送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜３の水平指向性、および垂直指向性を示す図
【図１０】送信ビームＴｘＢｅａｍ４〜６の水平指向性、および垂直指向性を示す図
【図１１】送信ビームＴｘＢｅａｍ７の垂直指向性を示す図
【図１２】平面振動子アレイの各振動子に印加される信号の位相関係を示した図
【図１３】位相制御を示すブロック図
【図１４】図１３に示す位相制御が行われた場合の、各チャンネル振動子と送信ビームとの関係を示す図
【図１５】図１３に示す位相制御が行われた場合の、各チャンネル振動子と送信ビームとの関係を示す図
【図１６】受信ビーム形成する位相制御を表したブロック図
【図１７】受信信号の位相制御および受信信号合成による結果を平面振動子アレイに配置された各振動子に当てはめるとともに受信ビームＲｘＢｅａｍ１，２を示す図
【図１８】受信信号の位相制御および受信信号合成による結果を平面振動子アレイに配置された各振動子に当てはめるとともに受信ビームＲｘＢｅａｍ３，４を示す図
【図１９】受信信号の位相制御および受信信号合成による結果を平面振動子アレイに配置された各振動子に当てはめるとともに受信ビームＲｘＢｅａｍ５，６を示す図
【図２０】受信ビームＲｘＢｅａｍ１の水平指向性および垂直指向性を示す図
【図２１】受信ビームＲｘＢｅａｍ４の水平指向性および垂直指向性を示す図
【図２２】超音波信号の周波数を７０．７ｋＨｚに設定した場合の送信ビームＴｘＢｅａｍ１〜３の水平指向性、および垂直指向性を示す図
【図２３】超音波信号の周波数を７０．７ｋＨｚに設定した場合の受信ビームＲｘＢｅａｍ１の水平指向性および垂直指向性を示す図
【図２４】特定方向に配列された振動子に印加される駆動信号の位相と送信ビームとの関係を示した図
【符号の説明】
【００６８】
１−超音波送受波器
２−平面振動子アレイ
３−送受波切替器
４−送信駆動信号生成回路
４０−送信アンプ
５−受信ビーム形成回路
５０−受信アンプ
６−制御回路
７−画像処理回路
８−表示器
１００，１０１〜１０４，１００ａ〜１００ｃ，１００ｅ〜１００ｊ−振動子
１１０ａ〜１００ｃ−振動子群
５１ａ〜５１ｃ，５１ｅ〜５１ｊ−受信信号合成回路
５２ａ〜５２ｃ，５２ｅ〜５２ｇ，５３ａ〜５３ｃ，５３ｅ〜５３ｇ−位相制御回路
５４ａ〜５４ｃ，５４ｅ〜５１ｈ−受信信号合成回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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